在如图所示的N级逆流系统中: F-原料流量,kg/h;
L-底流中的溶液量kg/h; S-溶剂流量kg/h; V-溢流量kg/h, V=S。
第i级的溶质衡算式为: Vyi+Lxi=Vyi+1+Lxi-1
理论级,则 xi=yi(不计惰性固体)。 令a=V/L,则上式变为: xi-1=(a+1)xi-axi+1 对第2级:
x1=(a+1)x2-ax3=…… 或
?1?an1?an?1
x11?axn?a1?ayn?1 对第1级, E≠V,对全系统进行物料衡算,
总物料:F+V=L+E+B (2) 溶质:FxF+VyS=EyE+LxN (3) 将(1)代入(3),并注意到yE=x1,整理可得:
1NyN R?1?a1?aSa?a11?a?x(a?a1)W1?a若yS=0(新鲜溶剂),则
1R?1?a1?aN11?a (4)
LxnLx式中:
R?WFx?FFxF 溶质损失率;
aEV1?L ,a?L 。
N-理论级数。
1)
(
[例9-1] 某甜菜制糖厂,以水为溶剂每小时处理100 t甜菜片。甜菜含糖12%,水48%,甜菜渣40%,出口溶液含糖15%。设浸出系统为多级逆流接触浸出,每一个浸出器内溶液与甜菜片有充分时间达到平衡,而且每吨甜菜渣含溶液3 t。今拟回收甜菜片中含糖的97%,若级效率为70%,问此系统需要几个浸出器? 解:
A=100×0.12=12 t/h B=100×0.40=40 t/h
A(1?R)12?0.97E???77.6t/h
yE0.15L=BK=40×3=120 t/h
总物料衡算:
100+S=77.6+120+40 S=V=137.6 t/h
a=V/L=137.6/120=1.15 a1=E/L=77.6/120=0.647 新鲜溶剂,yS=0。 代入(4)式
11?a?1?a1R1?a得:
N
11?1.15N?1?0.6471?0.971?1.15
解得: N=15.3 实际级数:
NR=N/η=15.3/0.7=21.9=22 实际浸出级数为22个。
(2) 浸出级数的三角形相图法 适用条件:恒底流与非恒底流。
以三级逆流浸出操作流程为例,如图所示:
图中符号S,V,E,F的意义同代数计算法,但底流以总量为计算基准,即:Ln=W。 溢流中不含惰性固体,为两组分溶液(A+S),底流为三组分混合物(B+A+S)。
各级的组成标于图中。 底流中惰性固体量的关系: FxFB=L1x1B= L2x2B = L3x3B
设对底流Li而言,单位质量惰性固体所持有的溶液量为Ki,则第i级的底流组成为:
yiA(KiLixiB)yiAKix?? iAKiLixiB?LixiBKi?1 LixiB1xiB??KiLixiB?LixiBKi?1 (1?yiA)KixiS?1?xiA?xiB?Ki?1恒底流时,K1=K2=K3=K
1x??常数
∴ iBKi?1 底流曲线为一条平行于斜边的直线mn。 非恒底流时,Ki为变数
1x??变数 ∴ iBKi?1 底流曲线为一条曲线mn。
若已知 Ki,yiA,则可画出一条曲线。 由各级的物料衡算得如下关系: 第1级: F+V2=E+L1
∴ E-F=V2-L1 (a) 第2级:
L1+V3=V2+L2
∴ V2-L1=V3-L2 (b) ………………… 由此得:
E-F=V2-L1=V3-L2=S-W=Δ=常数
按杠杆规则,在相图上Δ代表线段EF、V2L1、 V3L2和SW的共同外分点,此点称为差点(操作点)。图中线段ViLi代表第i个理论级。
图解法求浸出级数的步骤:
1)建立等腰直角三角相图,并绘出底流曲线;
1x?C1 恒底流时,按BK?1值作一条平行于斜边的直线mn。
C2 非恒底流时,由给出的Ki,yiA按下式求xiA,xiS:
yiAKi(1?yiA)Kix?x?iAiS Ki?1 ,Ki?1描出一条曲线mn。 2)确定Δ点
由xFA,yEA,xS定出F,E,S三点,联EF得一线段
EF,
AB边上定出一点,并作
xC1 恒底流时,有 WAxFAR?xFB(K?1),按此值在
水平线与底流线相交,得交点W,联SW得一线段延长线的交点即为Δ点。 C2 非恒底流时,有
SW,线段EF与SWxWA:xWB?RxFA:xFB
据此比例,可在AB边上定出C点,则与SC联线的延长线的交点即为Δ点。
(SC联线与底流线mn的交点为W点) 3)联BE在底流曲线mn上得交点L1,再联
ΔL1在斜边上得交点V2,之后再联BV2,在底流线mn上得交点L2,……,如此下去,直到BVn联线过W点或低于W点为止。过B点的线段数目(不包括两直角边)就是所求理论级数。
EF
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